便攜式腳踏液壓升降平臺的設計與實現(xiàn)

郝欣妮，衛(wèi)玉芬，張 恒，彭蘇蘭，陳 晨

（1.揚州市職業(yè)大學，江蘇 揚州 225009；2.泰興市優(yōu)特佳液壓機械廠，江蘇 泰州 225413）

0 引 言

液壓升降平臺是一種將人或者貨物升降到一定高度的升降設備，主要用于人員登高作業(yè)或貨物垂直運輸，被廣泛應用于許多工業(yè)企業(yè)中。然而，日常生產(chǎn)生活中液壓升降平臺的使用卻較少，搭建固定平臺或使用梯子進行高空作業(yè)比較普遍，費時費力，效率低下。主要原因是傳統(tǒng)的液壓升降平臺成本高、笨重，液壓系統(tǒng)復雜，占用空間、使用不便，在施工現(xiàn)場很難靈活移動等。同時，傳統(tǒng)的升降平臺大多以電能或內燃機做動力。電源動力，缺乏電源、電源線長度受限或電池笨重需長時間充電等問題頻出；內燃機動力，車輛必須相隨作業(yè)，使用場合受限，使用成本高。

通過對升降車機械結構總體方案的論證選擇、受力分析與應力計算校核、液壓系統(tǒng)回路的設計、相關標準件的計算選型、零部件設計、材料的選擇等，設計了一款便攜式腳踏液壓升降平臺。針對便攜式要求對液壓傳動系統(tǒng)進行整合，設計了一種一體化液壓缸，同時，與企業(yè)合作制造了升降平臺樣機，應用效果好。

便攜式腳踏液壓升降平臺適用于果園采摘、果樹修剪、園林園藝、建筑裝修、車間、倉庫、碼頭等多種戶外高空作業(yè)場合?；谝簤呵Ы镯斣?，簡單人力驅動，無需電源，輕巧可移動，特別適用于戶外無電源的高空作業(yè)場合，提高了勞動效率，減輕了勞動強度。

1 液壓升降平臺的整體結構設計

1.1 基本參數(shù)

本文設計的小型升降平臺（臺面尺寸700 mm×450 mm）額定載荷為 200 kg，升程范圍 350～1 500 mm，有效升高高度為1 150 mm，質量為62 kg。液壓升降平臺的參數(shù)可以根據(jù)客戶使用要求，做出相應調整。

1.2 整體方案

根據(jù)平臺使用參數(shù)要求選定整體機構方案（圖1），一體化液壓缸一端通過軸固定在底座上，另一端通過肋板固定在鉸架上。液壓缸的一端繞另一端在某個較小角度內旋轉，能保證液壓缸具有較好的壓桿穩(wěn)定性，而且液壓缸作用在鉸架的實心截面處，使鉸架受力分配較均勻。另外，液壓缸的作用點較低，其行程只需很小變化，載物臺就可以實現(xiàn)較大幅度的升降，滿足設計要求，節(jié)省工作人員體力，提高了工作效率。

圖1 平臺整體結構方案

1.3 整體機械結構設計

設計的升降平臺整體結構如圖2 所示，由機架和液壓驅動系統(tǒng)兩部分組成。機架部分由工作平臺、內外剪叉式鉸板、底座、腳踩柄及連桿、助力彈簧等構件組成。液壓驅動系統(tǒng)是一體化液壓缸（動力油缸、工作油缸、單向閥、截止閥、油箱集成于一體），如圖3 所示。

圖2 液壓升降平臺整體組成[1]

圖3 液壓驅動系統(tǒng)三維總裝圖

圖2 中一體化液壓缸右端工作油缸柱塞通過軸和兩肋板與下內鉸板相連，左端液壓缸缸體通過長肋板固定在底座導軌槽的中部位置的固定塊上。動力油缸活塞桿外部套接助力彈簧，活塞桿與連桿鉸接，連桿通過銷軸與大小眼板連接，大小眼板與腳踏連桿焊接成一體；下內、外鉸板與導軌槽連接的方式為：下內鉸板左端通過鉸支連接固定在上下導軌槽左部。下外鉸板右端通過安裝了軸承的滾輪與上下導軌槽相連接，在一體化液壓缸驅動下，滾輪在導軌槽中左右移動以實現(xiàn)鉸接的鉸板帶動平臺的上下升降。上鉸板與工作臺通過鉸鏈連接。車輪選擇超級橡膠的腳輪，以保證其一定承重和降低移動噪聲，其中后兩個為帶剎車裝置的萬向輪，前2 個為定向輪，本升降臺選擇型號為SM-B 重型輪組，輪徑為130 mm，輪寬為50 mm，安裝高度為150 mm，每個輪的載重為250 kg，質量為 1.06 kg。

1.4 升降平臺工作原理

平臺的升降是通過一體化液壓缸柱塞的伸縮運動來實現(xiàn)的。腳踏式一體化液壓缸，當腳踏液壓缸踏柄時，動力油缸活塞桿被壓回液壓缸；腳抬起時，在助力彈簧作用下，活塞桿伸出液壓缸。如此周期循環(huán)，一體化液壓缸工作油缸柱塞不斷克服負載伸出，推動內外鉸板沿鉸鏈旋轉，平臺起升；卸荷時，在重力作用下，使柱塞回程進入液壓缸，鉸板沿鉸鏈回旋，平臺下降。由前述的連接方式得，與下外鉸板右端相連接的滾輪將左右滾動，從而工作平臺將上升或下降，起到升降重物的作用。此外，萬向車輪上安裝有剎車，方便在搬運貨物的時候升降臺不會移動，保證工作安全。

2 液壓升降平臺液壓系統(tǒng)設計

2.1 液壓系統(tǒng)原理

根據(jù)升降平臺升降需求，設計的液壓系統(tǒng)原理圖如圖4 所示。系統(tǒng)動力元件參考液壓千斤頂選用動力油缸。系統(tǒng)工作原理是：動力油缸在外力作用下活塞上移時，缸內體積增大，油箱中的油液在大氣壓力作用下打開單向閥被壓入動力油缸內，完成吸油；外力作用下活塞下移時，缸內體積減小，壓縮油液賦予其壓力能，同時打開單向閥進入工作油缸，完成壓油，壓力能轉換成勢能舉升重物對外做功。如此周期循環(huán)，實現(xiàn)重物的不斷提升。溢流閥保證系統(tǒng)不超過各元件額定壓力，起到安全保護的作用。卸荷時，打開卸荷閥，此時油箱與工作油缸相通，液壓油壓力為0，在重物自重的作用下，工作油缸回程，重物下降。節(jié)流閥用于保證卸荷時重物緩慢下降到位，不會因快速下降導致元件損壞。

圖4 液壓系統(tǒng)原理圖

2.2 一體化液壓缸內部結構設計

綜合升降平臺工作需求以及對其便攜式的使用要求，基于液壓千斤頂?shù)膽脝l(fā)，根據(jù)液壓系統(tǒng)控制原理設計了一種一體化液壓缸，其內部結構如圖5 所示?；钊M件和活塞腔組成的小液壓缸即動力油缸；柱塞和內缸體組成的液壓缸即工作油缸；外缸體和內缸體組成的環(huán)狀腔體即油箱；對應于原理圖中的元件，結構圖中114 即單向閥2，118 即單向閥4，107 即節(jié)流閥，109 即溢流閥。

一體化液壓缸創(chuàng)新之處：（1）將動力油缸與工作油缸反向同軸布置；（2）采用兩圓管套接的方式將油箱和工作油缸一體化，減小體積空間；（3）控制閥體集成化（104-液壓缸閥體）。

2.3 一體化液壓缸工作原理

液壓驅動系統(tǒng)的工作過程：如圖3 和圖5 所示，平臺在最低位置時，踩下腳踏桿，這時腳踏桿繞短銷轉動將外力傳遞到連桿，連桿繞短銷轉動，將力傳遞到活塞桿，推動活塞桿壓縮缸內油液，賦予油液壓力能，油液將工作油缸中的柱塞頂出，壓力能轉化為機械能，推動平臺上升。不斷踩踏，周期循環(huán)，平臺逐漸升起，液壓缸傾角不斷增大；工作臺升到最高位置，即工作油缸的柱塞達到最大伸出行程，便停止上升，整個液壓系統(tǒng)這時為保持壓力的階段；在平臺下降過程中，按下卸荷閥，缸內壓力變小，在平臺自重力和節(jié)流閥作用下，柱塞緩慢平穩(wěn)回程，整體行程減小，液壓缸傾角變小，停止在最低點，升降平臺的整個工作周期完成。

圖5 一體化液壓缸內部結構圖[2]

3 液壓升降平臺實物

為了驗證并優(yōu)化所設計的液壓升降平臺的性能，與泰興市優(yōu)特佳液壓機械廠合作制造了該平臺的實物，如圖6 所示。實踐結果表明：所設計的升降平臺性能優(yōu)良，輕巧移動方便，存儲不占空間，使用性能符合客戶需求，可以推廣應用。機身輕巧性方面還存在繼續(xù)優(yōu)化的空間。

圖6 液壓升降平臺實物圖

4 結 語

本文設計的便攜式腳踏液壓升降平臺采用類似液壓千斤頂?shù)囊惑w化液壓缸驅動，無需電源，輕巧可移動，剪叉式結構存儲不占空間，適用于日常生產(chǎn)生活中的多種高空作業(yè)場合。提高了勞動效率，減輕了勞動強度。樣機試產(chǎn)后，各項性能均滿足客戶需求。